Estudio de la resistencia al desgaste y a la corrosión de recubrimientos PVD de AlCrN depositados sobre AISI 4140 nitrurado y sin nitrurar

Abstract

El acero AISI 4140 es ampliamente usado en la fabricación de piezas complejas debido a sus propiedades mecánicas que lo distingue, a pesar de sus deficientes propiedades tribológicas y resistencia a la corrosión. Para contrarrestar esto se pueden emplear recubrimientos cerámicos como AlCrN. Este tipo de recubrimiento ternario mejora la resistencia a la oxidación, su estabilidad térmica y resistencia al desgaste. Este estudio presenta resultados sobre la adhesión (indentación Rockwell C y scratch test), comportamiento al desgaste (pin-on-disk) y resistencia a la corrosión (ensayos potenciodinámicos) de una capa de AlCrN depositada sobre acero AISI 4140 sin tratar y endurecido mediante nitruración iónica (tratamiento dúplex). El recubrimiento, denominado comercialmente ALCRONA PRO, fue depositado mediante Physical Vapor Deposition (PVD) por arco catódico en la empresa Oerlikon Balzers, Argentina. El tratamiento de nitruración se hizo en un equipo industrial de la empresa IONAR S.A. La profundidad de penetración del tratamiento fue de aproximadamente 250 μm, logrando una durezasuperficial de 7,3 GPa. El espesor del recubrimiento fue de aproximadamente 3,1 μm con una dureza de 30,6 GPa. En los ensayos de adhesión, el acero nitrurado y recubierto alcanzó mejores resultados en comparación al no nitrurado. Frente a una carga estática aplicada, la adhesión del tratamiento dúplex se pudo clasificar como HF1, mientras que, la solo recubierta como HF5, acorde a la norma VDI 3198. En el ensayo dinámico, también el acero con tratamiento dúplex presentó un mejor comportamiento a mayores cargas. En lo que respecta al desgaste, tanto para el recubrimiento depositado sobre el acero nitrurado como sin nitrurar, se obtuvieron tasas de desgaste similares, mucho menores a la del sustrato. En cuanto a la corrosión, si bien la muestra dúplex presentó un mejor comportamiento, este depende de la cantidad y el tipo de defectos del recubrimiento independientemente del sustrato.